JP2006002991A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火炎の検知と正常な燃焼状態の維持を行うようにした燃料電池の水素生成器の加熱に使用する燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion apparatus used for heating a hydrogen generator of a fuel cell that detects a flame and maintains a normal combustion state.
従来この種の燃焼装置は、火炎の検知にフレームロッド方式を用いている。フレームロッド方式による火炎の検知は、フレームロッドに交流電圧を印加して火炎の整流作用によって生じた直流電流を取り出して判定している。この整流作用は、燃料中の炭化水素がイオン化されることによるので、燃料中に炭化水素がない場合や燃料中の炭化水素の濃度が低い場合には、判定に必要な電流が流れない場合がある。この時は、燃料電池から排出される低カロリーガスである未反応水素ガス(以後オフガスと呼ぶ)に高カロリーガス(原燃料)を混合させて供給し、火炎中のイオンの作用を増大し整流作用を安定させて、フレームロッド方式の火炎検知を正確に行うようにしているものがある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、オフガスに高カロリーガス(原燃料)を混合させるので、燃料消費量が増加して水素生成器の改質効率を低下させるという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since the high-calorie gas (raw fuel) is mixed with the off-gas, there is a problem that the fuel consumption increases and the reforming efficiency of the hydrogen generator is lowered.
また、フレームロッドでは、火炎の状態変化に対して所定の電流が得られないので、火炎に適正な空気量が供給され良好な燃焼が持続しているかどうか判定ができないという課題も有していた。 In addition, since the frame rod cannot obtain a predetermined current with respect to the change in the state of the flame, there is a problem that it is impossible to determine whether an appropriate amount of air is supplied to the flame and good combustion continues. .
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成器の改質効率を低下させないで、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給する燃料電池の水素生成器の加熱に使用する燃焼装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems and is used for heating a hydrogen generator of a fuel cell that supplies an appropriate amount of air to a flame formed in a combustion section without reducing the reforming efficiency of the hydrogen generator. An object of the present invention is to provide a combustion apparatus.
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、都市ガス、またはLPG、または燃料電池から排出されるオフガス、または都市ガスやLPGとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部の温度を検知する複数個の温度検知手段と、この温度検知手段のデータを受けて、燃焼部の燃焼状態の判定と送風手段のコントロールを行う制御部を備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a combustion apparatus according to the present invention includes a combustion unit that burns a gas body that is a city gas, LPG, or off-gas discharged from a fuel cell, or a gas body that is a mixture of city gas, LPG, and off-gas. A plurality of temperature detecting means for detecting the temperature and a control part for receiving the data of the temperature detecting means and determining the combustion state of the combustion part and controlling the blowing means are provided.
これによって、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガスのみの燃焼で、水素生成器を加熱でき、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために最適の原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。 As a result, when detecting the combustion state, the hydrogen generator can be heated by burning only off-gas discharged from the fuel cell without adding extra fuel without depending on the fuel component such as hydrocarbon concentration. The reforming efficiency of the hydrogen generator can be improved by setting the optimal raw materials and fuel to obtain the unreacted hydrogen gas necessary for the battery.
また、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。 In addition, since an appropriate amount of air can be supplied to the flame formed in the combustion section, a combustion apparatus with good exhaust gas can be provided.
本発明の燃焼装置は、水素生成器の改質効率を向上できる。 The combustion apparatus of the present invention can improve the reforming efficiency of the hydrogen generator.
また、本発明の燃焼装置は、排ガスの良好な燃焼状態を維持することができる。 Moreover, the combustion apparatus of this invention can maintain the favorable combustion state of exhaust gas.
第1の発明は、都市ガス、またはLPG、または燃料電池から排出されるオフガス(未反応水素ガス)、または都市ガスやLPGとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段のデータを受けて、燃焼部の燃焼状態の判定と送風手段のコントロールを行う制御部を備えたことにより、燃焼部の火炎の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガスのみの燃焼で、水素生成器を加熱し、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために水素生成器の改質効率を向上することができる。 1st invention detects the temperature of the combustion part which burns the gas body which mixed the gas body which mixed city gas, LPG, or off gas (unreacted hydrogen gas) discharged | emitted from a fuel cell, or city gas, LPG, and off gas The detection means and the control part for receiving the data of the temperature detection means and determining the combustion state of the combustion part and controlling the blower means, the concentration of hydrocarbons when detecting the flame of the combustion part, etc. The hydrogen generator is used to heat the hydrogen generator and burn unreacted hydrogen gas necessary for the fuel cell by burning only off-gas discharged from the fuel cell without adding extra fuel regardless of the fuel component. It is possible to improve the reforming efficiency.
また、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。 In addition, since an appropriate amount of air can be supplied to the flame formed in the combustion section, a combustion apparatus with good exhaust gas can be provided.
第2の発明は、特に、第1の発明の燃焼部は、燃料を噴出するディストリビュータと、前記燃料に空気を供給する空気噴出部を備えたことにより、都市ガス、またはLPG、または燃料電池から排出されるオフガス、または都市ガスやLPGとオフガスを混合したガス体を燃焼する時に同一のディストリビュータから噴出することにより、構成が簡単になり、低コストの燃焼装置を提供することができる。 According to the second aspect of the invention, in particular, the combustion section of the first aspect of the present invention includes a distributor for ejecting fuel and an air ejection section for supplying air to the fuel, so that city gas, LPG, or a fuel cell can be used. When the off-gas to be discharged or the gas body in which city gas or LPG and off-gas are mixed is burned out from the same distributor, the configuration becomes simple and a low-cost combustion apparatus can be provided.
第3の発明は、特に、第1の発明または第2の発明の制御部は、異なる種類の燃料が供給されたときに温度検知手段の判定範囲をそれぞれの燃料に合わせて可変するようにしたことにより、発熱量の異なる燃料や設定の異なる空気量が供給されても、その時の燃焼ガスの火炎形成に対応して燃焼状態を判定することができる。 In the third aspect of the invention, in particular, the control unit of the first aspect or the second aspect of the invention is configured to vary the determination range of the temperature detection means according to each fuel when different types of fuel are supplied. As a result, even when fuels having different calorific values or air amounts having different settings are supplied, the combustion state can be determined corresponding to the formation of flame of the combustion gas at that time.
第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明の温度検知手段は、空気噴出部の温度と燃焼筒内の温度を検知するように複数個設けたことにより、空気量の変化に反応する部分と空気量の変化に反応が少なく安定している部分の両方のデータを得ることになり、空気量の変化に対応する部分のデータを補完して、温度検知手段の出力データの精度を向上することができる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the temperature detecting means of any one of the first to third aspects of the invention is provided in a plural number so as to detect the temperature of the air ejection part and the temperature in the combustion cylinder, thereby The data of both the part that reacts to changes in air and the part that is less sensitive to changes in air volume and is stable is obtained, and the data of the part corresponding to changes in air volume is complemented to output the temperature detection means Data accuracy can be improved.
第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段のデータとあらかじめ制御部内に記憶されたデータとを比較して前記制御部内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段に指示を与えるようにしたことにより、正確な空気の流量設定を行うことになり、水素生成器の加熱温度を精度良くコントロールすることができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the control unit according to any one of the first to fourth aspects compares the data of the plurality of temperature detecting means with the data stored in the control unit in advance. By giving instructions to the blower means to guide the stored data to the combustion state, it is possible to accurately set the air flow rate and to accurately control the heating temperature of the hydrogen generator. .
第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれか1つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段により燃焼時の複数部分の温度上昇を把握して、互いに補完するようにして着火状態を判定するようにしたことにより、確実に着火が行われたことを判定することができる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, the control unit according to any one of the first to fifth aspects of the invention grasps the temperature rise of the plurality of portions at the time of combustion by the plurality of temperature detecting means and complements each other. By determining the ignition state, it can be determined reliably that ignition has been performed.
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか1つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段により燃焼時の複数部分の温度降下を把握して、互いに補完するようにして確実に失火が起こったことを判定することができる。 In the seventh invention, in particular, the control unit according to any one of the first to sixth inventions grasps the temperature drop of the plurality of portions at the time of combustion by the plurality of temperature detecting means and complements each other. It is possible to reliably determine that a misfire has occurred.
第8の発明は、特に、第1〜第7のいずれか1つの発明の制御部は、複数個の温度検知手段の中で、火炎検知用温度検知手段と空気比検知用温度検知手段により、火炎の空気不足状態を判定し、送風手段に指示を送り、空気不足状態を解消データする動作を行うようにしたことにより、燃焼部に形成する火炎の状態を性格に把握し、適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。 In the eighth invention, in particular, the control unit of any one of the first to seventh inventions includes a flame detection temperature detection means and an air ratio detection temperature detection means among the plurality of temperature detection means. Judging the air shortage state of the flame, sending instructions to the blower means, and performing the operation to cancel the air shortage state, it is possible to grasp the state of the flame formed in the combustion part and characterize the appropriate amount of air Therefore, a combustion apparatus with good exhaust gas can be provided.
第9の発明は、特に、第1〜第8のいずれか1つの発明の燃焼装置は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器に搭載するようにしたことにより、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないので、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るためにメタン濃度を減少させ、最適の原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。 In the ninth aspect of the invention, in particular, the combustion apparatus according to any one of the first to eighth aspects of the invention is mounted on a hydrogen generator that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material. Therefore, when detecting the combustion state, it does not depend on the fuel component such as the hydrocarbon concentration, so the methane concentration is reduced to obtain the unreacted hydrogen gas necessary for the fuel cell, and the optimal raw material and fuel are set. As a result, the reforming efficiency of the hydrogen generator can be improved.
また、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。 In addition, since an appropriate amount of air can be supplied to the flame formed in the combustion section, a combustion apparatus with good exhaust gas can be provided.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池装置に用いられる燃焼装置を含む水素生成器の全体構成図である。また、図2は、本発明の第1の実施の形態における燃焼装置を下流側から見た構造図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen generator including a combustion device used in a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a structural view of the combustion apparatus according to the first embodiment of the present invention viewed from the downstream side.
図1において、1は、都市ガス6(またはLPGまたは炭化水素系燃料)を原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する水素生成器であり、2は、脱硫装置(図示なし)で処理を行った後の都市ガス(またはLPGまたは炭化水素系燃料)と水蒸気とからなる原料ガス、3は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層3で原料ガス2を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス4を生成する。この生成反応は700℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置5により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス2と触媒層3を加熱している。
In FIG. 1, 1 is a hydrogen generator that generates hydrogen to be supplied to a fuel cell power generator using city gas 6 (or LPG or hydrocarbon-based fuel) as a raw material, and 2 is treated by a desulfurization device (not shown). 3 is a raw material gas composed of city gas (or LPG or hydrocarbon fuel) and water vapor, and 3 is a catalyst layer filled with a catalyst mainly composed of nickel or ruthenium. By reacting 2, a product gas 4 composed of hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide is produced. Since this generation reaction is an endothermic reaction that occurs at a high temperature of about 700 ° C., the combustion gas is supplied from the
5は、燃焼装置で都市ガス6や燃料電池から排出されるオフガス7、または都市ガス6とオフガス7を混合して、燃料ガス8としてディストリビュータ9から噴出し、空気噴出部10の周囲から空気11を供給することにより、火炎12を形成し燃焼を行なう。円管状のディストリビュータ9の先端には、燃料ガス8を噴出する複数個のノズル13がディストリビュータ9の円周方向に設けられ、燃料ガス8を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部10は、複数個の空気噴出孔14を空気噴出部10の側面に略直角に設けている。空気噴出部10は、ディストリビュータ9を中心として、火炎12の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室15を形成し、燃焼用の空気11を燃焼室15内に供給する構成としている。空気噴出孔14は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ9のノズル13は、空気噴出部10の空気噴出孔14の最下段に設ける空気噴出孔16とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部10の底部には複数個の下部空気噴出孔17を設け、ディストリビュータ9の軸方向と平行方向に空気11の一部を噴出する構成としている。このディストリビュータ9と空気噴出部10と燃焼室15で、燃焼部18を構成している。
5 is a combustion device that mixes off-gas 7 discharged from the
19は、空気11を供給する空気室で、空気噴出部10の周囲を囲む形で通路を構成している。空気室19の上流には、送風ダクト20を介して送風手段21が設けられている。送風手段21は、空気11を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それをモータで回転させるようにしている。制御器22により送風手段21のコントロールを行うようにしている。
23は、燃焼装置5によって生じる火炎12が触媒容器24に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス25の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス25は、触媒容器24の周囲に沿って流れ、水素生成器1の外部に排出される。
26は、温度検知手段で、燃焼筒23内を流れる燃焼ガス25の温度変化を検知する火炎検知用温度検知手段27と燃焼室15内に形成する火炎12の状態を検知する空気比検知用温度検知手段28で構成している。火炎検知用温度検知手段27は、その先端が、燃焼筒23内の燃焼部18の下流側に臨むように設けた熱電対により温度検知を行うようにしている。また、空気比検知用温度検知手段28は、空気噴出部10の空気噴出孔14の最上段に設ける空気噴出孔29を介して燃焼室15内にその先端を臨ませた熱電対により温度検知を行うようにしている。複数個の温度検知手段27、28の信号は、制御器22に送られ、着火、失火の判定を行うとともに、火炎12の燃焼状態の判定を行い、空気比の想定を行って送風手段21に指示を行い、適正な空気量を供給して、適正な空気量時に得られる複数個の温度検知手段26の信号に合わせることで、燃焼状態を良好にしている。熱電対は、耐熱性の被服で構成されたシース熱電対を使用している。空気噴出孔29の開口面積は、熱電対が挿入された時に他の空気噴出口14と同等の空気噴出量が得られるように開口を大きく構成している。
26 is a temperature detection means, a flame detection temperature detection means 27 for detecting a temperature change of the
制御器22には、複数個の温度検知手段26の想定される温度データが記憶されている。例えば、燃焼装置5で都市ガス6や燃料電池から排出されるオフガス7、または都市ガス6とオフガス7を混合した場合の燃料ガス8は、その種類や流量、そして設定空気量(空気比)により、複数個の温度検知手段26のすべてが固有の温度データを持っているので、そのデータをすべて記憶している。そのデータに基づき、送風手段21に指示を与えるようにしている。
The
30は、ディストリビュータ9の中央に、ディストリビュータ9を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路30は、ディストリビュータ9とは、隔離して構成され、燃料ガス8が進入することはない。31は、挿入通路30内に挿入する着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極31の周囲は、絶縁用の絶縁碍子32で被覆されている。絶縁碍子32は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極31の先端は、燃焼室15に臨み、ディストリビュータ9の天板33に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。
図2において、ディストリビュータ9のみはノズル13の位置をわかりやすくするために、ノズル13の位置の断面を図示している。図中、中心部から周囲方向への放射状の矢印Aはノズル13から噴出される燃料ガス8の噴出方向を表わし、また逆に中心方向への矢印Bは空気噴出孔14のうち破線Cで示した最下段の空気噴出孔16から噴出される空気11の噴出方向を表わしている。このように、本発明では燃料ガス8の噴出方向と空気11の噴出方向が直線上に位置するように構成している。更に、本発明では下部空気噴出孔17から噴出される空気11が上記燃料ガス8の噴出方向の矢印Aに交差する位置に下部空気噴出孔17を配置している。
In FIG. 2, only the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、燃焼装置5を始動する時は、制御器22により送風手段21を作動し、燃焼用の空気11を送風する。空気11は、送風ダクト20を通り空気室19に流入し、空気噴出部10の空気噴出孔14から燃焼室15に供給される。ここで、ディストリビュータ9のノズル13から燃焼速度や流量の異なる都市ガス6やオフガス7の燃料ガス8を噴出すると、このディストリビュータ9から放射状に噴出された燃料ガス8と略対向する最下段の空気噴出孔17から供給された空気11とが衝突し混合する。この時、ディストリビュータ9の中央に設けた挿入通路30から燃焼室15に臨ませた電極31により、火花放電が行なわれ、燃料ガス8に着火が行なわれる。燃料ガス8は空気噴出部10の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部10の形状を図示したようにカップ状としているため燃料ガス8の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス8の流速が減少し、その流速が都市ガス6やオフガス7の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合火炎12を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器1の触媒層3を加熱していく。
First, when the
この始動時に燃料ガス8がディストリビュータ9に流入し、燃焼室15燃焼用空気11を供給すると燃焼部18に火炎12が形成し、空気噴出部10の空気噴出孔29から燃焼室15に臨ませた空気比検知用温度検知手段28の温度上昇と、燃焼ガス25の噴出により、燃焼筒23の下部に設けた火炎検知用温度検知手段27の温度上昇により、その信号が制御器22に送られ、着火判定を行う。制御器22では、すでに記憶されている水素生成器1の始動時の温度検知手段26の信号データと比較し、着火と燃焼が正常に行われていることを判定する。複数個の温度検知手段26の信号を判定することにより、燃焼状態を正確に確認している。また、複数個の温度検知部26の中で、一つでも記憶されているデータと異なる温度変化の信号が得られたときは、燃焼異常を判定し、再始動動作を行うか、燃焼装置5を停止してエラー表示(図示なし)を行うようにしている。また、火炎12が形成し定常状態に入ると、その燃料の流量と送風手段21から供給される空気11の量により形成する火炎12と燃焼ガス25の燃焼熱を受けて得られる温度データにより、監視を行っていく。また、火炎12の変化による温度検知手段26の空気比検知用温度検知手段28の温度上昇による信号変化に合わせて、送風手段21を追随するようにコントロールして、所定の温度以上に上昇すれば空気11を増加し、所定の温度以下に降下すれば空気11を減少させ、常に設定空気量の定常燃焼を持続させるようにしている。このとき、都市ガス6が13AまたはLPGでは、発熱量が異なり、また設定空気11量も異なるので、温度の検知範囲(閾値)もそれぞれの燃料に合わせて変化させている。また、オフガス7も同様に発熱量や設定空気量が異なるので、固有の温度検知範囲を設定している。
When the fuel gas 8 flows into the
複数個の温度検知手段26で、火炎検知用温度検知手段27では、燃焼部18の下流側で、燃焼ガス25の温度を測定することにより、空気量(空気比)の変化には敏感に反応させないで、燃焼の有無を判定するようにしている。また、空気比検知用温度検知手段28では、火炎12の温度を測定することにより、空気量の変化に敏感に反応させ、特に空気不足時の温度上昇を利用して、それぞれの燃料の種類、燃料の流量に合わせて空気量の判定を行っている。複数個の温度検知手段26を使用することにより、それぞれの熱電対の補完を行い、判定を正確に行っている。
The plurality of temperature detection means 26 and the flame detection temperature detection means 27 are sensitive to changes in the air amount (air ratio) by measuring the temperature of the
以上のように、本実施の形態においては、都市ガス6、または燃料電池から排出されるオフガス7、または都市ガス6とオフガス7を混合したガス体を燃焼する燃焼部18の下流側の温度変化と火炎12の形成状態(燃焼状態)による温度変化を検知する複数個の温度検知手段26と、この温度検知手段26のデータを受けて燃焼部18の燃焼状態の判定と送風手段21のコントロールを行う制御部22を備えたことにより、燃焼部18の火炎12の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池から排出されるオフガス7のみの燃焼で、水素生成器1を加熱し、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るために水素生成器1の改質効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the temperature change on the downstream side of the
また、本実施の形態では、燃焼部18に形成する火炎12の空気不足状態を判定して、適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置5を提供することができる。
Moreover, in this Embodiment, since the air shortage state of the flame 12 formed in the
また、本実施の形態では、燃焼部18に形成する火炎12の空気量を判定して、空気比を適正に保てるので、空気比を低い方に設定しても、燃焼不良を防止して、水素生成器1の余剰空気による効率低下を防止することができる。
Further, in the present embodiment, the air amount of the flame 12 formed in the
また、本実施の形態では、複数個の温度検知手段を設けることにより、火炎12の燃焼状態の変化による温度変化を確実に把握でき、燃焼検知の誤動作を防止して、確実に火炎12の形成を確認できる。 Further, in the present embodiment, by providing a plurality of temperature detecting means, it is possible to surely grasp the temperature change due to the change in the combustion state of the flame 12, prevent malfunction of the combustion detection, and reliably form the flame 12. Can be confirmed.
また、本実施の形態では、燃料ガス8を周囲方向に噴出するディストリビュータ9と、このディストリビュータ9を囲むように周囲から中央方向に空気11を噴出する空気噴出部10を設けたことにより、燃料ガス8と空気11の混合を促進し、火炎12を短炎化し、燃焼装置5の小型化、低コスト化を行うことができる。
Further, in the present embodiment, the fuel gas 8 is provided by providing the
また、本実施の形態では、火炎12の炎電流を検知しないので火炎12の形成する位置にも左右されず、都市ガス6等の炭化水素系の燃料と燃料電池から排出されるオフガス7のそれぞれの燃焼速度に適した火炎12を形成し、少ない空気の量(低酸素過剰率)で燃焼が可能となり、水素生成器1の放熱損失を防止して改質反応を向上することができる。
Further, in the present embodiment, since the flame current of the flame 12 is not detected, it is not affected by the position where the flame 12 is formed, and each of the hydrocarbon-based fuel such as the
また、本実施の火炎検知用温度検知手段27を空気噴出部10の空気噴出孔14の最下段に設ける空気噴出孔16や空気噴出部10の底部に設ける下部空気噴出孔17を介して、燃焼室15に臨ませ、同等の安定した温度検知を行うことも可能である。
Further, the flame detection temperature detection means 27 of this embodiment is combusted through the
また、本実施の温度検知手段26は、火炎検知用温度検知手段27や空気比検知用温度検知手段28以外に増設できれば、より火炎12の燃焼状態を正確に把握し、適正な燃焼状態を維持することも可能である。 Further, if the temperature detection means 26 of the present embodiment can be added in addition to the flame detection temperature detection means 27 and the air ratio detection temperature detection means 28, the combustion state of the flame 12 can be grasped more accurately and the proper combustion state can be maintained. It is also possible to do.
また、本実施の温度検知手段26は、熱電対を使用するが、高温用のサーミスタを使用することも可能である。 Further, the temperature detecting means 26 of the present embodiment uses a thermocouple, but it is also possible to use a high temperature thermistor.
(実施の形態2)
図1は、本発明の第2の実施の形態における燃焼装置の断面図を示すものである。
(Embodiment 2)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
図1において、制御部22は、異なる種類の燃料ガス8がディストリビュータ9内に供給されたときに温度検知手段26の検知範囲(閾値)を可変するようにしたことにより、発熱量の異なる燃料ガス8が供給され、また、その燃料ガス8の成分が異なり、火炎12の形成位置が変化し、また、燃料ガス8により設定する空気11量(空気比)が大きく異なっても、燃焼状態を判定する構成にしている。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、制御部22は、燃料ガス8として都市ガス6(13A)やLPGとオフガスでは、発熱量や設定空気量(空気比)も異なり、火炎12の形成位置も異なるので、複数個の温度検知手段26の検知範囲もそれぞれの燃料に合わせて可変させている。これにより制御部22は、燃料ガス8の種類による火炎12の形成や燃焼ガス25による温度変化に対応する閾値を予め記憶することにより、燃焼状態を判定するようにしている。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、制御部22は、異なる種類の燃料ガス8が供給されたときに温度検知手段26の判定範囲を可変するようにしたことにより、発熱量や空気比の異なる燃料ガス8が供給されても、火炎12や燃焼ガス25の温度変化に対応して燃焼状態を判定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態3)
図1は、本発明の第3の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention.
図1において、温度検知手段26は、空気噴出部10の温度と燃焼筒23内の温度を検知するように複数個設けるように構成している。
In FIG. 1, a plurality of
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、温度検知手段26は、空気噴出部10の温度を計測することにより、火炎12の状態変化による温度変化を瞬時に計測し、特に空気11量の変化に対応して、空気不足時の温度上昇を計測し、一酸化炭素の発生する空気量の温度を検知して燃焼不良状態を把握するようにしている。また、燃焼筒23内の温度を計測して空気量の変化に対して変化が少ない部分の温度を検知して、燃焼の有無、火炎12の吹き飛び等を把握するようにしている。
First, the temperature detection means 26 measures the temperature change due to the state change of the flame 12 by measuring the temperature of the
以上のように、本実施の形態においては、温度検知手段26は、空気量の変化に反応する部分と空気量の変化に反応が少なく安定している部分の両方のデータを得ることにより、それぞれのデータを補完させながら、温度検知手段26の出力データの精度を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態4)
図1は、本発明の第4の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
図1において、制御部22は、複数個の温度検知手段26のデータとあらかじめ制御部22内に記憶されたデータとを比較して前記制御部22内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段21に指示を与えるように構成している。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、制御部22は、温度検知手段26で得られた検知データとあらかじめ制御部22内に記憶された各燃料ガス8の火炎12の燃焼状態や燃焼ガス25の温度変化データとを比較して、そのデータに大きな差(所定のばらつき以上の温度の差)があれば、前記制御部22内に記憶された温度変化データの燃焼状態に誘導するために送風手段21に指示を与えて、空気11の増減を図り、制御部22内に記憶された温度変化データに検知データを近づけていく動作を行うようにしている。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、制御部22は、温度検知手段26のデータとあらかじめ制御部22内に記憶されたデータとを比較して前記制御部22内に記憶されたデータの燃焼状態に誘導するために送風手段21に指示を与えるので、燃料ガス8の空気量設定を正確に行うことになり、水素生成器1の加熱温度を良好に維持することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態5)
図1は、本発明の第5の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
図1において、制御部22は、複数個の検知手段26により燃焼時の複数部分の温度上昇を把握して、着火状態を判定するように構成している。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、水素生成器1を始動時するとディストリビュータ9に燃料ガス8(始動時は都市ガス6)が流入し、ここで、電極31により着火を行うと着火時の火炎12の形成時に起きる急激な温度上昇により、複数個の温度検知手段26により瞬時的な突出したデータとして検知され、着火を確認している。この後は、制御部22に指示された燃料ガス8量と送風手段21からの空気11量による火炎12の所定の温度を検知するようにしている。
First, when the
以上のように、本実施の形態においては、制御部22は、複数個の温度検知手段26により火炎12や燃焼ガス25の温度上昇を把握して、着火状態を判定するようにしたので、着火時の急激な温度上昇の検知データと安定燃焼時の温度検知データとの差を判定することになり、確実に着火が行われたことを判定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態6)
図1は、本発明の第6の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
図1において、制御部22は、複数個の検知手段26により失火時の複数部分の温度降下を把握して、失火状態を判定するように構成している。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、水素生成器1は、制御部22に指示された燃料流量と空気11の量による火炎12の形成により、燃焼を維持しているが、ここで燃料ガス8の供給が制御部22の指示から外れて減少し、あるいは空気11の量が増加して火炎12が空気過剰になり火炎12がブローオフすると、燃焼ガス25の温度が低下し、予め記憶された火炎12不形成時の温度検知データまで温度が降下し、その差を判定することで確実に失火が起こったことを判定するようにしている。
First, the
以上のように、本実施の形態においては、複数個の温度検知手段26により火炎12の吹き飛びや燃焼ガス25の温度降下を把握して失火状態を判定するので、温度低下の検知データと火炎12不形成時の温度検知データとの差を判定することになり、確実に失火が起こったことを判定することができる。
As described above, in the present embodiment, the plurality of temperature detecting means 26 grasps the blow-off of the flame 12 and the temperature drop of the
(実施の形態7)
図1は、本発明の第7の実施の形態における燃焼装置を示す断面図である。
(Embodiment 7)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
図1において、制御部22は、複数個の温度検知手段26の中で、火炎検知用温度検知手段27と空気比検知用温度検知手段28により、火炎12の空気不足状態を判定し、送風手段21に指示を送り、空気不足状態を解消する動作を行うように構成している。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、制御部22は、圧力検知手段26の空気比検知用温度検知手段28のデータを評価して、制御部22に記憶している燃料ガス8と空気11の所定量で得られる火炎12の状態から得られたデータ(制御部22に記憶されている空気比検知用温度検知手段28のデータ)と比較して、差が所定の値よりも大きくなるときは、火炎12が空気不足になり、燃焼不良を起こし、一酸化炭素やすすを発生したと判定して、送風手段21に指示を送り、空気11量を増加させる。これにより、火炎12が適正な空気比に戻れば、空気比検知用温度検知手段28の温度も降下し、燃焼が改善されたことを確認している。また、火炎検知用温度検知手段27により、空気比検知用温度検知手段28の急激な温度変化、例えば、空気過剰時には、温度降下しすぎる部分を補完して、常に燃焼が持続しているかを判定するようにしている。
First, the
また、送風手段21により、空気11を増加させても空気比検知用温度検知手段28の温度降下がない場合は、燃焼異常として燃焼装置5を停止するようにしている。
Further, if the air ratio detection
以上のように、本実施の形態においては、燃焼部18に形成する火炎12の状態を正確に把握し、適正な空気11量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置5を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the state of the flame 12 formed in the
また、燃焼装置5を停止する動作をおこなうので、燃焼装置5の排気閉塞による能力低下を把握して、燃焼装置5による危険な状態の発生を防止することができる。
Moreover, since the operation | movement which stops the
(実施の形態8)
図1は、本発明の第8の実施の形態における水素生成器1を示す全体構成図である。
(Embodiment 8)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a
図1において、燃焼装置5は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含むオフガス7を生成する水素生成器1に搭載するように構成している。
In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。 About the combustion apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、水素生成器1の加熱時における都市ガス6とオフガス7の火炎の燃焼状態と燃焼ガス25の温度変化を複数個の温度検知手段26により検知を行い、温度変化の状態から燃料投入、着火、定常燃焼、失火、等の動作を判定して、安定した燃焼を維持するようにしている。
First, the combustion state of the flames of the
以上のように、本実施の形態においては、燃焼装置5は、炭化水素系原料の改質反応により水素を含むオフガス7を生成する水素生成器1に搭載するようにしたので、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで余分な燃料を追加せず、燃料電池に必要な未反応水素ガスを得るためにメタン濃度を減少させ、最適な原料と燃料の設定により、水素生成器の改質効率を向上できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、燃焼部に形成する火炎に適正な空気量を供給できるので、排ガスの良好な燃焼装置を提供することができる。 In addition, since an appropriate amount of air can be supplied to the flame formed in the combustion section, a combustion apparatus with good exhaust gas can be provided.
また、本実施の燃焼装置5を用いた水素生成器1は、発電負荷が変動した際にも安定した火炎12を形成して、所定の水素量を生成でき燃料電池発電装置の安定した運転を可能とすることができる。
In addition, the
以上のように、本発明にかかる燃焼装置は、燃焼状態の検知を行う時に炭化水素の濃度等燃料の成分に左右されないで、燃料電池から排出されるオフガスを含めて、種類の異なる燃料の炎検知が可能となるので、給湯機や暖房機の熱源にも適用できる。 As described above, the combustion apparatus according to the present invention does not depend on the fuel components such as the hydrocarbon concentration when detecting the combustion state, and includes different types of fuel flames including off-gas discharged from the fuel cell. Since detection becomes possible, it can be applied to a heat source of a water heater or a heater.
1 水素生成器
9 ディストリビュータ
10 空気噴出部
18 燃焼部
21 送風手段
22 制御部
26 温度検知手段
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